عیب یابی گرده‌ها و لوله‌های فولادی به روش نشتی شار مغناطیسی با جریان متناوب

عیب یابی گرده‌ها و لوله‌های فولادی به روش نشتی شار مغناطیسی با جریان متناوب

در روش نشتی شار مغناطیسی، خطوط میدان در داخل قطعه مغناطیس پذیر نفوذ کرده و بر اساس قرار گیری خطوط میدان نسبت به هم می تواند عیوب موجود در دیواره لوله ها و یا قطعات میلگرد فولادی را شناسایی کند. در برخی از این روش ها منبع ایجاد میدان مغناطیسی از طریق سیم پیچ ها و با بهره گیری از جریان متناوب ایجاد می گردد. جریان مغناطیسی بر روی سیم پیچ هایی که بر روی یوک قرار گرفته اند ایجاد می گردد و این یوک ها به فاصله خیلی کمی از قطعه مورد تست قرار می گیرند که باعث عبور خطوط میدان مغناطیسی از داخل قطعه می شود. در وسط یوک مغناطیسی از سنسورهای حساس به میدان مغناطیسی استفاده می شود. این سنسورها در صورت وجود نشتی شار مغناطیسی آن را شناسایی و مورد ارزیابی قرار می دهند. معمولاً از دو یوک مغناطیسی در اطراف قطعه مورد تست و به زاویه ۱۸۰ درجه نسبت به هم استفاده می شود.

این وضعیت قرار گیری یوک ها نسبت به هم کارایی بیشتری در شناسایی عیوب و حساسیت تجهیزات تست دارد. از آنجایی که برای قطعات حجیم کل سطح جشم در یک نقطه مشخص قابل ارزیابی و اسکن نمی باشد، لذا با به چرخش در آوردن یوک های مغناطیسی حول محیط قطعه کار می توان کل سطح را اسکن و عیب یابی نمود.

مزایا

از جمله مزایای این روش به موارد زیر می توان اشاره کرد:

  • عیوب به ریزی ۱ میلی متر توسط این روش قابل شناسایی است.
  • حساسیت نسبتا بالا این روش برای شناسایی عیوب محوری یا در راستای طولی میل گرد های فولادی.
  • نیازی به استفاده از از ماده واسط یا کوپلنت ندارد.
  • نتایج با قابلیت اطمینان بالا و قابلیت تکرار پذیری بالا را دارد.

منبع : http://www.natts.co.in/product/magnetic-flux-leakage-testing-mflt/

بیشتر بخوانید: نشتی شار مغناطیسی

.

نشتی شار مغناطیسی

نشتی شار مغناطیسی MFL

نشتی شار مغناطیسی- MFL برای آلیاژهای با نفوذپذیری مغناطیسی بالا مثل فولاد کربنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به دلیل  قابلیت نفوذپذیری مغناطیسی بالا در این نوع آلیاژها فولاد کربنی محدودیت استفاده از روش ادی کارنت وجود دارد و شناسایی عیوب سطحی و زیر سطحی با این روش قابل انجام نیست. لذا روش MFL در این مواقع می تواند جوابگو باشد.

روش نشتی شار مغناطیسی MFL  برای سال‌های متمادی بر روی کابل‌های سیم بکسل، صنایع پتروشیمی و صنایع نیروگاهی با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته است. این روش از تست سطح دیواره لوله‌ها و تیوب‌های از جنس فولاد کربنی را تا اشباع کامل مغناطیسی می‌کند. این کار با آهنرباهای دائمی با انرژی بالا که با سیستم الکترونیکی در داخل پراب قرار گرفته اند انجام می‌گیرد. این پروب ها در داخل طول لوله قرار می‌گیرند و با یک سرعت ثابت شروع به حرکت و ثبت نتایج می‌کند.

عیوب با تغییرات خیلی تند مثل عیوب پیتینگ و ترک‌ها باعث ایجاد نشتی میدان مغناطیسی در بالا و پایین سطح لوله یا تیوب‌ها می‌شوند. در داخل کلگی پروب یک سیم پیچ حساس برای شناسایی نشتی میدان قرار گرفته است که با عبور از روی ترک باعث ایجاد ولتاژ مدر سیم پیچ می‌گردد. برای عیوبی مثل کاهش ضخامت‌های خیلی تدریجی و کم یا بر آمدگی‌ها نشتی میدان بوجود نمی آید. سنسورهای اثر هال برای شناسایی تغییرات دانسیته شار مغناطیسی که توسط آهنربا ایجاد می شود بکار برده می شوند.

نتایج بازرسی معمولا بصورت سیگنال هایی با دامنه تیز می باشد. این سیگنال های تیز با سیگنال های حاصل از قطعه کالیبراسیون تست استاندارد که دارای  شکاف می باشند مورد مقایسه قرار می گیرند. این قطعه کالیبراسیون استاندارد باید دارای قطر، ضخامت جداره و جنس یکسان با قطعه ای که قرار است تست شود باشد.

نشتی شار مغناطیسی

منبع : http://www.taiservices.com/FluxLeakage.html

بیش تر بخوانید : سامانه تست کابل به روش MFL

استفاده از روش نشت شار مغناطیسی برای عیب‌یابی لوله‌ها و میلگردها

نشت شار مغناطیسی

یکی از روش‌های معمول درروش‌های غیر مخرب استفاده از نشت شار مغناطیسی یا MFL است. این روش با تشکیل یک میدان مغناطیسی بسته بین قطعه کار و تجهیز عیب‌یاب به شناسایی ترک‌ها و ناپیوستگی‌ها می‌پردازد. در صورت وجود عیب میدان مغناطیسی از وضعیت طبیعی خود منحرف‌شده و درنتیجه باعث ایجاد نشتی می‌گردد که توسط سنسورهای حساس به میدان مغناطیسی می‌توان محل و اندازه عیب را مشخص نمود.

معمولاً در روش نشت شار مغناطیسی برای مغناطیس کردن سطوح قطعه مورد تست از آهنرباهای دائمی (میدان مغناطیسی دائمی) و یا از سیم‌پیچ‌های مغناطیسی (میدان مغناطیسی موقت) استفاده می‌گردد. بسته به نوع تجهیزات و میزان مغناطیس موردنیاز و کاربردهای مختلف ممکن است منابع تولید میدان متفاوت باشند. یکی از روش‌های زیرمجموعه نشتی شار مغناطیسی، روش تست نشتی مغناطیسی جریان ثابت با استفاده از سیم‌پیچ‌هایی جهت ایجاد میدان مغناطیسی موقت است که کل سطح مقطع از قطعه مورد تست را مغناطیسی می‌کند. این کار باعث می‌شود که عیوب سطحی و داخلی از لوله یا تیوب قابل‌شناسایی باشد. البته با افزایش ضخامت دیواره لوله‌ها شناسایی عیوب داخلی کاهش می‌یابد.

شناسایی عیوب محوری و طولی

از دو یوک متفاوت در این روش استفاده می‌شود. یکی از یوک ها باعث ایجاد میدان مغناطیسی به‌صورت محیطی شده بطوریکه میدان بر روی سطح لوله و پیرامون آن ایجاد می‌گردد. ازآنجایی‌که میدان و سنسورهای شناسایی عیب در یک وضعیت ثابتی نسبت به هم قرار گرفته اند لذا برای شناسایی عیوب در پیرامون لوله نیازمند حرکت دورانی تجهیز عیب‌یابی نسبت به لوله است. تا کل سطح را بتواند از نظر عیب مورد ارزیابی قرار دهد. قابل‌ذکر است که در این وضعیت صرفاً عیوبی که در راستای محوری یا طولی لوله قرارگرفته‌اند قابل‌شناسایی می‌باشند.

شناسایی عیوب محیطی یا عرضی

یوک بعدی از دو کویل یا سیم‌پیچ مغناطیسی تشکیل‌شده است که دو قطب مغناطیسی را تشکیل می‌دهند و به فاصله مشخصی نسبت به هم قرارگرفته‌اند. در فاصله بین این کویل ها از سنسورهای حساس به میدان مغناطیسی در پیرامون لوله استفاده‌شده است بطوریکه این سنسورها کل محیط لوله را پوشش می‌دهند. این چیدمان از کویل و سنسورها در جهت پیدا کردن عیوبی است که در راستای محیطی لوله یا تیوب واقع شده اند. بدلیل پوشش سنسورها در محیط پیرامونی لوله یا تیوب در این نوع چیدمان نیازی به حرکت دورانی تجهیز عیب‌یابی نیست و فقط حرکت در راستای محوری لوله باید انجام بگیرد.

.

مرجع:

http://www.foerstergroup.com/en/usa/technology/flux-leakage-testing/

کاربرد روش آکوستیک امیشن برای پایش فرایندهای داروسازی

کاربرد روش آکوستیک امیشن برای پایش فرایندهای داروسازی

Non-Invasive Acoustic Emission Monitoring of Pharmaceutical Processes

 

روش آکوستیک امیشن به‌عنوان یک روش غیرمخرب برای پایش و شناسایی فرایندهای داروسازی می‌تواند نقش بسزایی داشته باشد. فرایندهای مختلفی برای ساخت داروها ممکن است اتفاق بیفتد که این فرایندها عبارت‌اند از:

  • فرایند ریز کردن و گرانول سازی به‌صورت تر و خشک
  • آسیاب کردن
  • قطعه‌قطعه کردن یا خرد کردن
  • اکستروژن
  • خشک‌سازی
  • درآوردن به‌صورت قرص دارویی و …

روش آکوستیک بر پایه شناسایی امواج آکوستیکی به وجود آمده در حین اصطکاک در فرایند داروسازی مورداستفاده دارد. شناسایی امواج اصطکاکی توسط سنسورهای حساس پیزوالکتریکی نصب‌شده بر روی بدنه خارجی تجهیزات داروی سازی امکان‌پذیر می‌باشد. با آنالیز امواج آکوستیکی به دست آمده از اصطکاک بین مواد می‌توان مراحل مختلف داروسازی را شناسایی کرد. این مراحل می‌تواند شامل مراحل شروع، نقطه پایانی، وضعیت‌های غیر طبیعی و حتی مشکلات به وجود آمده در تجهیزات ماشینی ‌باشد.

گرانوله کردن

در روش گرانوله کردن به‌صورت تر هر بخشی از این فرایند دارای مشخصه خاص آکوستیکی می‌باشد. در واقع در این مرحله از گرانوله کردن آکوستیک امیشن می‌تواند مراحل زیر را تشخیص دهد:

  • ساخت گرانول
  • شرایط آسیاب کاری بیش از حد یا شرایط نامناسب آسیاب کاری
  • مخلوط آب و سوسپانسیون غیر متعارف در محصول تولیدی
  • برداشت نادرست محصول از سطوح تجهیزات
  • شناسایی دسته های گرانول شده دارای عیب و مراحل مختلف آن
  • شناسایی عدم تمیزکاری نامناسب سطوح دارم ها و امکان تأثیرگذاری آن‌ها بر روی دسته های تولیدی
  • شناسایی زمان مخلوط کردن مناسب و بهینه
  • ثبت تاریخچه تولید محصول برای بخش‌های تحقیق و توسعه شامل اطلاعاتی در مورد گرانوله کردن، مخلوط آب و سوسپانسیون اضافی و مقدار تمیزکاری بین سطوح
  • پایش شرایط مخلوط کننده‌ها و خردکننده‌ها

مرحله خشک‌کردن

با روش آکوستیک امیشن می توان بطور قابل ملاحظه‌ای پایان فرایند خشک‌کردن را بدون تعلیق فرایندها شناسایی نمود و حتی از خشک شدن بیش از حد و از توقف‌های غیر ضروری نیز می توان اجتناب نمود. روش آکوستیک امیشن با بکار گیری سنسورهای آکوستیکی در این فرایندها می‌تواند مورداستفاده قرار بگیرد و نیازی به آماده‌سازی‌های جانبی قبل از انجام تست ندارد.

منبع:

http://www.idinspections.com/non-invasive-acoustic-emission-monitoring-of-pharmaceutical-processes/

رشد ۴ برابری تعداد مقالات در حوزه آکوستیک امیشن

نمودار بالا رشد تعداد مقالات در حوزه آکوستیک امیشن (acoustic emission)  از سال ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۹ را از نگاه پایگاه اطلاعاتی ساینس دایرکت (sciencedirect) نشان می‌دهد. همانطور که مشاهده می‌کنید تعداد مقالات طی این ۱۹ سال رشد ۴ برابری را تجربه کرده است و این مهم نشان دهنده اهمیت روزافزون این مبحث و همچنین کاربردهای آکادمیک و صنعتی آن است.

شرکت مپوا نزدیک به ۱۰ سال است که درزمینهٔ آزمون‌های غیر مخرب و بومی‌سازی این روش‌ها در سطح کشور فعالیت می‌نماید. یکی از محصولات مهم این شرکت که توسط نیروهای ایرانی طراحی و ساخته‌شده است دستگاه آکوستیک امیشن است. این دستگاه در حوزه‌های مختلف صنعتی و دانشگاهی کاربرد دارد و برای پایش و مانیتورینگ اجزای دوار، مخازن تحت‌فشار، نشتی و …. مورداستفاده قرار می‌گیرد.

تعیین قابلیت تکرارپذیری پاسخ سنسورهای آکوستیک امیشن بر اساس استاندارد ASTM E976

تعیین قابلیت تکرارپذیری پاسخ سنسورهای آکوستیک امیشن

یکی از تست‌های عملکرد سنسورها و تشخیص کارآیی آن‌ها استفاده از آزمون‌های خیلی ساده و به‌صرفه است که طبق استاندارد E976 تعریف و تدوین‌شده است. در این استاندارد هدف معرفی روش‌های خیلی ساده جهت تست کارایی سنسور معرفی‌شده است. دستورالعمل‌های مورداستفاده در این استاندارد به انجام دهنده آزمون این امکان را می‌دهد که افت کارایی سنسورهای از یک نوع و کارایی یکسان را تشخیص بدهد و یا اینکه مجموعه‌ای سنسورهای دارای کارایی نزدیک به هم را انتخاب و به کار ببرد. این استاندارد قابلیت کالیبراسیون کامل و مطلق سنسور را ندارد و صرفاً روشی است به جهت اطمینان بخشی انتقال داده‌ها بین سنسور و دیگر تجهیزات جمع‌آوری داده‌ها.

داده‌های آکوستیکی از عوامل مختلفی ممکن است تأثیرپذیر باشند که یکی از آن‌ها حساسیت سیستم است. از میان همه پارامترها و تجهیزاتی که در حساسیت سیستم نقش دارند سنسورهای آکوستیکی می‌باشند. این سنسورها تحت عوامل مختلفی مثل طول عمر زیاد، فرسودگی و خرابی ممکن است پاسخ متغیری داشته باشند. برای شناسایی این تغییرات نیازمند روش‌هایی است که پاسخ سنسورها را نسبت به امواج آکوستیکی اندازه‌گیری کند.

هدف از کنترل سنسورها

هدف‌های مهم از کنترل سنسورها شامل موارد زیر است:

 1) کنترل پایداری پاسخ سنسورها نسبت به زمان،

 2) چک کردن سنسورها برای مشخص کردن میزان خرابی احتمالی به خاطر حوادث مترقبه مثل ضربه دیدن سنسور و یا بد جا زدن سنسور در کانکتور مربوطه،

۳) مقایسه سنسورهای استفاده‌شده در یک سیستم چند کاناله به‌منظور اطمینان از هماهنگی بین پاسخ‌دهی آن‌ها

۴) چک کردن پاسخ سنسورها بعد از قرار گرفتن در بارهای دمایی مکرر و یا قرارگیری در محیط‌های خطرناک تأثیرگذار مثل محیط‌های خورنده و …

تجهیزات موردنیاز برای انجام آزمون عملکردی سنسورها

  • سنسور آکوستیک امیشن
  • بلوک فلزی و یا میله اکریلیکی
  • منبع سیگنال تحریک: تحریک آلتراسونیکی، تحریک به‌وسیله جهت هوا و شکست نوک مداد
  • تجهیزات اندازه‌گیری و ثبت سیگنال

آزمون‌های ارزیابی سنسور

آزمون‌های مختلفی برای ارزیابی سنسورها در نظر گرفته‌شده است که در زیر به آن‌ها اشاره شده است:

تست بلوک مخروطی

شامل یک مخروط فلزی با ابعاد نشان داده‌شده در شکل ۱ است. جنس این بلوکه از آلومینیوم یا فولاد با آلیاژ پایین است. مطابق شکل قسمت قاعده بزرگ مخروط برای قرار دادن سنسور آلتراسونیکی جهت تحریک و بخش قاعده کوچک‌تر جهت قرارگیری سنسور آکوستیکی جهت دریافت سیگنال منبع تحریک است. منبع تحریک دارای فرکانس مرکزی بین ۲٫۲۵ – ۵ MHz است.

شکل ۱- تست بلوک مخروطی

منبع جت گاز

 معمولاً از گاز هوای خشک یا هلیوم بیشتر استفاده می‌شود. فشار گاز بین ۱۵۰-۲۰۰kPa برای این آزمون پیشنهاد شده است. نازل خروجی گاز به فاصله مشخصی از بلوک تست قرار می‌گیرد (طبق شکل ۲)

شکل ۲- تست جت گاز

تست شکست نوک مداد

منبع دیگر امواج اکوستیکی در اثر شکست نوک مداد حاصل می‌شود. زمانی که مداد می‌شکند بر روی سطح بلوک یا میله تنش ناگهانی آزاد می‌گردد. این انرژی آزادشده باعث ایجاد امواج آکوستیکی بر روی سطح قطعه می‌گردد. قطر مداد ۰٫۳ mm است البته قطر ۰٫۵mm هم برای ایجاد سیگنال‌های قوی‌تر قابل‌استفاده است. در شکل ۳ مشخصات مربوط به مداد آورده شده است. فاصله بین سنسور و محل شکست مداد باید حداقل ۱۰ cm باشد. برای فواصل کوچک‌تر نتایج قابل‌قبول ممکن است حاصل نشود.

شکل ۳- تست شکست نوک مداد

شکل ۴ – قرارگیری سنسور بر روی میله آکریلیکی

تحلیل و تفسیر نتایج

نتایج حاصل از تکرارپذیری کوتاه‌مدت شامل رفتار سنسور در اثر برداشتن و گذاشتن سنسور و نحوه مانت کردن آن، باید بهتر از ۳dB باشد تحت شرایط نرمال باشد. تکرارپذیری‌های بلندمدت سیستم تست به‌صورت دوره‌ای توسط یک سنسور رفرنس یا مرجع باید چک شود. اختلافات بیشتر از ۴dB در پاسخ سنسورها بیانگر خرابی یا افت کارایی سنسورها است. درصورتی‌که معیاری برای قبولی ازکارافتادگی سنسور وجود نداشته باشد، در این صورت سنسوری که حساسیت آن به زیر ۶dB بیفتد به‌طورمعمول باید سرویس‌دهی خارج شود.

منبع:

ASTM E976-10, Determining the Reproducibility of Acoustic Emission Sensor Response

.

انتخاب سنسورهای آکوستیک امیشن بر حسب کاربردشان

سنسور آکوستیکی

یکی از بخش‌های مهم در تست غیر مخرب آکوستیک امیشن بخش سنسورها یا حسگرها است. سنسورهای آکوستیکی عمدتاً از جنس پیزوالکتریک بوده و در اثر دریافت امواج آکوستیکی، تحریک‌شده و اطلاعات دریافتی را به‌صورت سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند. انتخاب یک سنسور آکوستیک امیشن مناسب برای یک کاربرد ویژه خیلی مهم بوده و در اندازه‌گیری پدیده موردنظر می‌تواند نقش بسیار بالایی را ایفا کند. در برخی موارد معیار اصلی برای انتخاب سنسور آکوستیک امیشن معیار فرکانس پاسخ آن سنسور و محدوده فرکانسی آن است. در برخی موارد خاص ممکن است علاوه بر فرکانس، شرایط ویژه دیگری نظیر محیط کاری (محیط‌های دارای دمای بالا، محیط‌های آبی یا سیالات مشتق نفتی، محیط‌های خورنده، محیط‌های با حد بالای ایمنی و …) نیز ممکن است در انتخاب سنسورهای آکوستیکی دخیل و تأثیرگذار باشند.

برای محیط‌های خورنده باید سنسورها مقاوم در برابر خوردگی باشند یا از پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی بر روی آن‌ها استفاده شود. در محیط‌های دارای ضریب ایمنی بالا که به سه بخش zone0, zone 1, zone 2 تقسیم می‌شوند ممکن است که خطرات انفجار در آن اتفاق بیفتد حتماً استاندارد ضد انفجاری برای سنسورها ATEX و ادوات جمع‌آوری داده‌ها باید رعایت شود.

محدوده فرکانسی سنسورها

سنسور آکوستیک امیشن

اکثر سنسورهای آکوستیکی به سه محدوده فرکانسی مهم تقسیم می‌شوند که با اکثر کاربردهای آن می‌تواند مطابقت داشته باشند که عبارت‌اند از محدوده فرکانس پایین (بین ۲۰ kHz- 100 kHz)، محدوده نرمال یا استاندارد (بین ۱۰۰ kHz-400kHz) و فرکانس بالا ) بیشتر از ۴۰۰ kHz).

برخی سنسورهای آکوستیکی به محدوده وسیعی از فرکانس‌های پاسخ تقریباً یکسانی می‌دهند که به این سنسورها سنسورهای باند پهن گفته می‌شود. این سنسورها با منحنی پاسخ فرکانسی صاف معمولاً ممکن است برای کاربردهایی که در آن فرکانس پدیده نامعلوم باشد مورداستفاده قرار می‌گیرند (مثل مراکز تحقیقاتی و …) و یا برای پدیده‌هایی که دارای فرکانس‌های مختلف در یک سیگنال هستند نیز می‌تواند کاربرد داشته باشد (مثل آنالیز مودال).

برخی سنسورهای آکوستیکی از نوع رزونانسی می‌باشند بدین معنی که در فرکانس رزونانس حساسیت بالایی از خودشان نشان می‌دهند. این سنسورها ممکن است باندهای فرکانسی دیگری نیز داشته باشند که حساسیت پایینی دارند. سنسورهای رزونانسی مواقعی مورداستفاده قرار می‌گیرند که محتوای فرکانسی خیلی مدنظر نیست بلکه مشخصه‌های دیگری از سیگنال آکوستیکی مثل دامنه، مدت‌زمان رسیدن موج، انرژی و پارامترهایی از این قبیل مهم باشد.

نحوه پیدا کردن محدوده فرکانسی

پیدا کردن محدوده فرکانسی برای کاربردهای مختلف به فاکتورهایی نظیر جنس مواد، اندازه تجهیزات مورد بازرسی، نویزهای زمینه بستگی دارد. تضعیف امواج به فرکانس موج بستگی دارد بطوریکه برای فرکانس‌های بالاتر مقدار تضعیف در بالاتر بوده و برعکس. به‌عبارت‌دیگر معمولاً فواصل نصب سنسورهای آکوستیکی با کم شدن فرکانس‌ها قابل‌افزایش است.

مروری بر محدوده‌های فرکانسی سنسورهای آکوستیکی برحسب کاربردهای مختلف

منبع:

https://www.vallen.de/wp-content/uploads/2019/03/sov.pdf

آزمون غیر مخرب آکوستیک اِمیشن Acoustic Emission 

آزمون غیر مخرب آکوستیک اِمیشن Acoustic Emission 

آزمون آکوستیک امیشن Acoustic Emission یا نشر صوتی یک روش نوین و پیشرفته در زمینه‌های آزمون غیر مخرب (Nondestructive testing) است. این روش در محدوده گسترده‌ای از کاربردهای قابل‌استفاده آزمون‌های غیر مخرب نظیر بازرسی مخازن تحت ‌فشار فلزی، سیستم‌های لوله‌کشی، راکتورها و غیره گسترش ‌یافته است. از این روش می‌توان برای تشخیص و موقعیت‌یابی عیوب مختلف در سازه‌های تحت بار و اجزای آن‌ها استفاده کرد. نوع کاربردها شامل ردیابی ترک، خوردگی، عیوب جوش و تردی ماده است.

تفاوت اصلی با روش‌های التراسونیک یا پرتونگاری

تفاوت اصلی با روش‌های التراسونیک یا پرتونگاری

آزمون آکوستیک امیشن یک تکنیک غیرفعال است که پالس‌های فراصوتی منتشرشده به‌وسیله منابع مختلف درون ماده را در لحظه وقوع آن تحلیل می‌کند. تفاوت اصلی آن با روش‌های التراسونیک یا پرتونگاری نیز همین است، درحالی‌که در این دو روش برای به دست آوردن اطلاعات راجع به قطعه موردنظر نیاز به اعمال انرژی خارجی است، در روش آکوستیک انرژی آزادشده از ماده موردنظر مرجعی برای کار بازرسی است. همچنین تست های آکوستیک امیشن علاوه بر توانایی اجرا بر روی تجهیزات جدید ، قابل پیاده سازی بر روی تجهیزات در حال سرویس هم هستند.

تعریف آکوستیک امیشن

تخلیه سریع انرژی از یک منبع متمرکز در درون جسم باعث ایجاد امواج الاستیک گذرا به‌صورت صوت و انتشار آن‌ها در ماده می‌شود؛ این پدیده را اکوستیک امیشن می‌نامند، این امواج در ماده سیر می‌کنند و به سطح آن می‌رسند. آزمون غیر مخرب به روش آکوستیک امیشن شامل دریافت این امواج و تحلیل آن‌ها به‌منظور برقراری ارتباط بین امواج دریافت شده و تغییرات ایجادشده بر روی منبع است. با توجه به انتشار امواج از منبع تا سطح ماده، می‌توان آن‌ها را توسط سنسورهایی ثبت کرد و از این طریق اطلاعاتی در مورد وجود و محل منبع انتشار امواج به دست آورد. این امواج می‌توانند فرکانس‌هایی تا چند مگاهرتز داشته باشند.

برای شنیدن صدای مواد و شکست سازه‌ها از سنسورهای اولتراسونیک در محدوده ۲۰ کیلوهرتز تا ۱ مگاهرتز استفاده می‌شود. فرکانس‌های متداول در این روش در محدوده ۱۵۰ الی ۳۰۰ کیلوهرتز هستند. کاربرد این روش تنها به بازرسی غیر مخرب قطعات، تجهیزات و سیستم‌های مختلف محدود نمی‌شود؛ به‌علاوه می‌توان از آن برای تخمین عمر قطعات و تجهیزات بهره گرفت.  هم‌چنین از این روش می‌توان برای آشکارسازی و مکان‌یابی تخلیه‌های جزئی ولتاژ در مبدل‌های بزرگ، تحقیق و بررسی خصوصیات و مشخصات مواد، زمین‌شناسی و تحقیق میکرو ارتعاش‌ها استفاده کرد.

اصول بازرسی به‌وسیله آزمون آکوستیک امیشن

تعریف آکوستیک امیشن

نیروهای اعمال‌شده به قطعه باعث تحریک آن و ایجاد تنش‌های مختلفی می‌شود. این تنش‌ها باعث ایجاد منابعی می‌شود که امواج فراصوتی انتشار می‌کنند. به‌عنوان‌مثال می‌توان به شکل‌گیری ترک اشاره کرد.  امواج تولیدشده در تمام جهات بدون توقف منتشر می‌شوند.

انتشار امواج آکوستیک تا سطح قطعه یعنی جایی که سنسورها نصب شده‌اند ادامه می‌یابد و به‌وسیله سنسورها ثبت‌شده و به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌گردد. به وقوع پیوستن اتفاق امیشن و درنتیجه تولید سیگنال‌های آکوستیک امیشن را فعالیت آکوستیک امیشن می‌نامند. سیستم اکوستیک امیشن این سیگنال‌ها را پردازش می‌کند و آن‌ها را به بسته‌های اطلاعاتی تبدیل می‌کند. درنهایت اطلاعات آماری نظیر مشخصات و موقعیت منابع محاسبه‌شده و به‌صورت نمودارهای گرافیکی و عددی نمایش داده می‌شود تا مورد تفسیر قرار گیرند.

زنجیره فرآیند در آکوستیک امیشن

مکانیزم کلی کار با سیستم آکوستیک امیشن

شکل ۱ – مکانیزم کلی کار با سیستم آکوستیک امیشن.

 

می‌توان این عملیات را طی یک سلسله فعالیت که زنجیره فرآیند نام دارد، به‌صورت زیر، بیان نمود:

۱- قطعه آزمون: در اثر بارگذاری‌های موجود، تنش‌های مکانیکی در آن شکل‌ گرفته است.

۲- مکانیزم منبع: باعث آزادسازی انرژی الاستیک به‌صورت امواج می‌شود.

۳- انتشار موج: امواج از منبع تا سنسورهای نصب‌شده منتشر می‌شوند.

۴- سنسورها: موج مکانیکی را دریافت کرده و به سیگنال‌های الکتریکی آکوستیک امیشن تبدیل می‌کنند.

۵- کسب داده‌ها: سیگنال‌های الکتریکی به یک مجموعه داده الکترونیکی تبدیل می‌شوند.

۶- نمایش داده‌ها: اطلاعات به‌دست‌آمده ثبت می‌شود و بر روی دیاگرام نشان داده می‌شود.

۷- ارزیابی نمایشگر: دیاگرام‌های موجود موردبررسی و تفسیر قرار می‌گیرند.

ساختار بارگذاری و فعال شدن منابع آکوستیک

مکانیزم کلی کار با سیستم آکوستیک امیشن

شکل۲-نمودار تنش/کرنش فولاد به همراه مجموع رویدادهای آکوستیک ثبت‌شده.

در اثر اعمال نیرو تنش‌هایی در مناطقی از قطعه‌ ایجاد می‌شود و درنتیجه آن قطعه دچار کرنش می‌شود. کرنش در ابتدا به‌صورت برگشت‌پذیر است و اگر نیروی اعمال‌شده کافی باشد، در مناطقی که تمرکز تنش وجود دارد تغییر شکل دائمی ایجاد می‌شود و کرنش ایجادشده پس از حذف نیرو از بین نمی‌رود. تمرکز تنش در قسمت‌هایی مانند نواحی جوش‌ها، تغییرات سطح مقطع، ناپیوستگی‌های سازه و پیرامون ‌ترک‌ها زیاد است و ازآنجایی‌که کرنش هم به‌صورت برگشت‌پذیر و هم به‌صورت دائمی اکوستیک امیشن ایجاد می‌کند، این موارد را می‌توان شناسایی نمود.

ارتباط بین بارگذاری، مدت‌زمان و امواج آکوستیک ساطع‌شده

شکل 3  ارتباط بین بارگذاری ، مدت‌زمان و امواج آکوستیک ساطع‌شده

ارتباط بین میزان انتشار امواج نسبت به تنش اعمال‌شده در نمودار تنش کرنش و نمودار متناظر انتشار امواج که در شکل نشان داده‌ شده به‌خوبی مشخص است. این شکل مربوط به فولاد است. همان‌طور که در شکل ۲ مشاهده می‌شود در نواحی تسلیم و شکست قطعه بیشترین نرخ انتشار وجود دارد. با توجه به ‌این موضوع روش آکوستیک امیشن قادر به بررسی و تشخیص تسلیم یک جسم است. علاوه بر این گزارش‌هایی مبنی بر فعالیت آکوستیک امیشن با سطح انرژی بالا،  پیش از آنکه قطعه به حالت تسلیم برسد، وجود دارد و علت آن تسلیم در برخی از نواحی خاص قطعه است و نشان‌دهنده توانایی آزمون آکوستیک امیشن در تشخیص اولین تسلیم جسم است.

ارتباط بین نیروی اعمال‌شده در مقابل زمان و انتشار امواج آکوستیک امیشن متناظر با آن در شکل ۳ دیده می‌شود. بار وارده ابتدا زیاد می‌شود، سپس ثابت می‌ماند، دوباره افزایش‌یافته و دومرتبه ثابت نگه‌داشته می‌شود. در هر مرتبه افزایش بار، سیگنال‌های اکوستیک امیشن تولید می‌شوند. در مدتی که بار برای اولین بار ثابت نگه‌داشته شده است سیگنالی وجود ندارد ولی در طول مدت ثابت نگه‌داشتن دومین بار که مقدار تنش زیادتر است انتشار امواج ادامه می‌یابد و سپس به حالت تعادل درمی‌آید.

پارامترهای توصیف سیگنال

پارامترهای توصیف سیگنال

پنج مورد از مهم‌ترین پارامترهای استفاده‌شده برای توصیف سیگنال عبارت‌اند از:

۱-شمارش پالس‌ها.

 2-حداکثر دامنه.

 3-زمان استمرار.

 4- زمان رشد.

 5- نواحی اندازه‌گیری شده تحت پوشش سیگنال (انرژی سیگنال).

 به‌هرحال پنج پارامتر اصلی به‌طور مناسب استاندارد شده‌اند و از طریق فرآیندهای عرضه در ده سال اخیر پذیرفته شده‌اند. همراه با این پارامترهای سیگنال، توصیف ضربه عبور داده‌شده در کامپیوتر معمولاً شامل متغیرهای خارجی مهم از قبیل زمان آشکارسازی ، ارزش جریان بار اعمال‌شده  و سطح جریان نویز پیوسته پس‌زمینه است.

حداکثر دامنه

بیشترین پیک ولتاژی است که یک موج آکوستیک امیشن به آن می‌رسد این یک پارامتر خیلی مهم است زیرا مستقیماً قابلیت آشکارسازی اتفاقات اکوستیک امیشن را تعیین می‌کند این پارامتر مستقیماً با بزرگی اتفاقی که در منبع رخ‌داده متناسب است و معمولاً با واحد دسی‌بل بیان می‌شود.

انرژی

گاهی اوقات به‌عنوان شمارش‌های انرژی شناخته می‌شود E ناحیه‌ اندازه‌گیری تحت پوشش سیگنال اصلاح‌شده است. انرژی از جهات زیادی نسبت به شمارش پالس‌ها و حتی دامنه برتری دارد، چراکه هم  به دامنه و هم به زمان پالس بستگی دارد و درعین‌حال وابستگی کمتری به فرکانس کاری و آستانه تعیین‌شده دارد. فعالیت کلی آکوستیک امیشن اغلب باید توسط جمع‌کردن همه اتفاقات ردیابی شده بزرگ سنجیده شود و از میان همه ‌این پارامترها انرژی یک پارامتری است که بیشتر برای اهداف تقاضا شده است.

زمان استمرار

 فاصله زمانی بین اولین و آخرین عبور از آستانه تحریک است. این پارامتر با واحد میکروثانیه بیان می‌شود و به بزرگی اتفاق آکوستیک و خواص انعکاس ماده وابسته بوده و برای شناسایی فرایندهای طولانی نظیر لایه‌لایه شدن کامپوزیت‌ها و نیز فیلتر کردن نویزها بسیار مفید است.

زمان رشد

 به فاصله زمانی بین اولین عبور از آستانه تحریک و رأس دامنه گفته می‌شود و به خواص انتشار موج در ماده بستگی دارد. از این پارامتر برای انواع مختلف اصلاح سیگنال و در نویزها استفاده می‌شود.

شکل 4 یک نمونه سیگنال آکوستیک به همراه مشخص کردن پارامترهای اصلی آن.

شکل ۴ یک نمونه سیگنال آکوستیک به همراه مشخص کردن پارامترهای اصلی آن.

حسگرها و اندازه‌گیری

حسگرها و اندازه‌گیری

بعد از انتشار موج، گام بعدی ضروری شکل‌گیری سیگنال در سنسور است. معمولاً برای دریافت امواج آکوستیک، کریستال‌های پیزو الکتریک مورداستفاده قرار می‌گیرد و مواد پیزو الکتریک زمانی که دچار تغییر شکل می‌شوند از خود ولتاژ الکتریکی تولید می‌کنند. در سنسورهای آکوستیک تغییر شکل به‌وسیله حرکت ایجاد می‌شود. زمانی که کریستال‌های پیزو الکتریک که با امواج ناشی از تنش برخورد می‌کنند دچار واکنش الاستیک می‌شوند؛ نسبت دامنه ولتاژ خروجی به دامنه حرکت ورودی اندازه حساسیت سنسور است و این حساسیت به طرزی قوی وابسته به دامنه حرکت است، حساسیت المان بیشتر از رزونانس فرکانسی است.